计算机网络之数据链路层-期末速成

3.数据链路层

3.1数据链路层基础概论

3.1.1数据链路层概念

• 数据链路层是在物理层和网络层之间的协议，提供相邻结点的可靠数据传输

3.1.2帧的概念

• 数据链路层的协议数据单元
• 组成
  1. 帧头——源MAC地址、目的地MAC地址、类型
  2. 数据
  3. 帧尾——校验

3.1.3以太网数据帧中的MAC和LLC

1. MAC
   • MAC介质访问控制
   • 作用：数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接受与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性
2. LLC
   • LLC逻辑控制访问
   • 作用：LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传输
3. 传输
   • 该协议位于OSI七层协议中数据链路层，数据链路层分为上层LLC（逻辑链路控制），和下层的MAC（媒体访问控制），MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链路控制）层。

3.1.4数据链路层的俩种传输方式

1. 单播
2. 广播

3.1.5数据链路层的三个基本问题

1. 封装成帧
   • 封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开水和结束
2. 透明传输
   • 透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送
3. 差错检测
   • 收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止

3.1.6以太网中的设备

1. 集线器
   • 集线器的英文称为“Hub”，意思是“中心”。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上
2. 交换机
   • 交换机意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备，它可以为接入交换机的任意俩个网络节点提供独享的电信号通路，最常见的交换机是以太网交换机
3. 网桥
   • 俩个端口的交换机

3.2数据链路层的通信协议

3.2.1冲突域和广播域

1. 冲突域
   • 交换机的每一个端口都是一个冲突域；冲突域只能发生在一个网段
2. 广播域
   • 交换机的所有端口都在一个广播域；广播域在一个或多个网段内发生
3. 区别
   1. 广播域可以跨网段
   2. 在冲突域中所有的数据传输都是以广播形式；在广播域中，只有广播帧才会被所有主机接收
   3. 冲突域是基于第一层（物理层），而广播域是基于第二层（数据链路层）
   4. HUB所有端口都在同一个广播域、冲突域内。交换机所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域

3.2.2虚拟局域网

• VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内
• 优点和目的：
  1. 划分广播域
  2. 增强局域网的安全性
  3. 提高健壮性
  4. 灵活构建工作组
• 划分VLAN的方式
  1. 基于端口
     • 给交换机的每个接口配置不同的PVID，当一个数据帧进入交换机接口时，如果没有带VLAN标签，且该接口上配置了PVID，那么，该数据帧就会被打上接口的PVID。如果进入的帧已经带有VLAN标签，那么交换机不会再增加VLAN标签，即使接口已经配置了PVID。
     • Access——只允许通过一个VLAN
     • Trunk——允许通过多个VLAN
     • hybird
  2. 基于子网
     • 配置好子网与VLAN映射表，如果交换设备收到的是untagged（不带VLAN标签）帧，交换设备根据报文中的源IP地址信息，确定添加的VLAN ID。将指定网段或IP地址发出的报文在指定的VLAN中传输，减轻了网络管理者的任务量，且有利于管理。
  3. 基于MAC地址
     • 先配置好MAC地址和VLAN ID映射关系表，当终端用户的物理位置发生改变，不需要重新配置VLAN。提高了终端用户的安全性和接入的灵活性。
  4. 基于协议
     • 将网络中提供的服务类型与VLAN相绑定，方便管理和维护。需要对网络中所有的协议类型和VLAN ID的映射关系表进行初始配置。需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换，消耗交换机较多的资源，速度上稍具劣势。
  5. 基于匹配策略
     • 先在交换机上配置好终端的MAC地址和IP地址，并与VLAN关联。只有符合条件的终端才能加入指定VLAN。符合策略的终端加入指定VLAN后，严禁修改IP地址或MAC地址，否则会导致终端从指定VLAN中退出。

3.2.3CSMA/CD

1. CSMA/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点。总线型网络传输数据
2. 四大要点：
   1. 先听再发
   2. 边听边发
   3. 冲突停止
   4. 延迟后发

3.2.3PPP

1. 点对点通信是一对一信道，因此不会发生碰撞，因此比较简单，采用PPP协议；其中PPP协议就是用户计算机和ISP(互联网服务提供商)进行通信时使用的数据链路层的协议
2. PPP最初设计是为了俩个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议

3.2.4CRC

1. 循环冗余校验
2. 是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。